Abschlussarbeiten

Das Team InVentus entwickelt und betreibt seit 2008 ein Gegenwindfahrzeug. Dabei handelt es sich um ein Fahrzeug, das ausschließlich Windturbinen als Kraftmaschinen zur Fortbewegung nutzt. InVentus nimmt damit gemeinsam mit weiteren studentischen Teams aus aller Welt am „Racing Aeolus“ teil, einem internationalen Wettbewerb, der jährlich im August an der Küste der Niederlande nahe der Stadt „Den Helder“ veranstaltet wird.

Neben der mechanischen Hauptturbine plant das Team InVentus den Einsatz einer zweiten, kleineren, Turbine im vorderen Bereich des Fahrzeugs. Aus einer vorangegangenen Forschungsarbeit folgt, dass die optimale Nabenhöhe der vorderen Turbine von der Windrichtung abhängig ist. Ziel dieser Abschlussarbeit ist es nun, die Windnachführung und den Mast so zu überarbeiten, dass eine Höhenverstellung der vorderen Turbine möglich ist. Gleichzeitig soll auch eine schnelle Demontage der Turbine ermöglicht werden, um das Fahrzeug zwischen Konfigurationen mit einer oder beiden Turbinen zu wechseln. Dazu werden zunächst Anforderungen gesammelt und mögliche Lösungsansätze diskutiert und bewertet, um ein Konzept zu entwickeln. Anschließend soll das Konzept in CAD umgesetzt und ausgelegt werden.

• Literaturrecherche zu Technologie-Roadmaps und der Entwicklung zukünftiger Langstreckenflugzeuge
• Identifikation relevanter Zukunftstechnologien für Flugzeuge und der damit verbundenen Fähigkeitsbedarfe
• Bewertung zukünftiger Anforderungen an Ausbildung, Kompetenzen und Fachkräfte für die Flugzeugentwicklung
• Analyse möglicher Lücken zwischen heutigen Ausbildungs- und Kompetenzprofilen im Luftfahrtbereich und zukünftigen Anforderungen
• Entwicklung einer Roadmap zur Verknüpfung von Technologiereife, erforderlichen Kompetenzen und Qualifizierungsbedarfen
• Ableitung von Empfehlungen für Ausbildung und Fachkräfteentwicklung zur Unterstützung zukünftiger Flugzeugprogramme
• Dokumentation und Präsentation der Zwischen- und Endergebnisse

• Literaturrecherche zu Gesamtrettungs- und Flight Termination Systemen
• Definition der kritischen Missionspunkte
• Bewertung der Umsetzbarkeit für ein Rettungssystem
• Analyse der benötigten Sicherheitszone
• Erstellung und Bewertung eines Sicherheitskonzepts
• Dokumentation und Präsentation der Zwischen- und Endergebnisse

Auxetische Strukturen sind durch eine negative Querkontraktionszahl gekennzeichnet und weisen außergewöhnliche mechanische Eigenschaften wie erhöhte Energieabsorption und Energiedissipation, verbesserte Schadensresistenz, und ein anpassbares Steifigkeitsverhalten auf. Während auxetische Gitterstrukturen bisher überwiegend aus isotropen Materialien untersucht wurden, ist die Kombination mit anisotropen Faserverbundwerkstoffen bislang nur unzureichend erforscht.
Ziel dieser Arbeit ist der Entwurf, die Herstellung und die experimentelle Untersuchung einer auxetischen Gitterstruktur aus einem Faserverbundwerkstoff. Diese Gitterstrukturen sollen in den Kontext der Triebwerksaufhängung bei heckmontierten Triebwerken in neuartigen Flugzeugentwürfen gerückt werden. Der Fokus liegt auf der Analyse des mechanischen Verhaltens unter quasistatischer Belastung sowie auf den Schwingungseigenschaften der Struktur, um das Potenzial auxetischer FVK-Gitter für den Leichtbau zu bewerten.

Im Rahmen dieser Arbeit soll der für kontaktintensive mehrfadenbasierten Simulationsmodelle optimierte FE-Solver SimTex bezüglich einer Anwendbarkeit für eine numerische Simulation des Fertigungsprozesses des kernlosen Faserwickelns mit einer nachgeschalteten expansionsbasierte Modellierungsstrategie zur Abbildung der Faserbündeldeformation untersucht werden. Hierbei soll ein Python-basierter Optimierungsworkflow mit Prä- und Postprozessoren zur Modellbildung und Auswertung erweitert und als Basis für Parameterstudien und Parameterkalibrierung kleiner Referenzstrukturen genutzt werden. Die Ergebnisse sollen anschließend in Bezug auf Limitierungen des Modellierungsansatzes, der Berechnungsdauer und Abweichung zu geometrischen Messdaten entsprechender realer Probekörper untersucht werden.

Arbeitspakete:
- Literaturrecherche und Einarbeitung (Kernloses Faserwickeln (CFW), textile submesoskopische Multifilament Modellierungsstrategien)
- Untersuchung der Verwendbarkeit des Solvers SimTex für die Problemstellung
- Weiterentwicklung eines Prä- und Postprozessors zur Modellbildung und Kalibrierung
- Untersuchung von Parametern auf das Modellierungsergebnis und Kalibrierung
- Validierung der Ergebnisse anhand existierender experimenteller Ergebnisse
- Dokumentation und Präsentation der Ergebnisse

In this work the student will adapt the code developed by Duthè et al. and available open-access for floating wind farm. The activity will be performed with support of the supervisor and direct collaboration with Duthè from ETH of Zurich, which will provide coding and theoretical support. The objectives of these work are:
• Identify a suitable training data set for floating wind farms
• Adapt the available code for fixed-bottom wind farms for floating wind turbines
• Train the machine learning model and assess its performance